水平管道负压气力输送CFD-DEM数值模拟

将CFD-DEM耦合方法应用于工业规模的负压气力输送系统设计中,对气力卸船机在150 t/h产量下的水平管道输送玉米物料进行仿真分析.耦合过程中CFD负责连续流体相的流动分析和曳力计算,DEM负责离散颗粒相的受力分析和运动轨迹计算.计算过程充分考虑颗粒体积分数对流体的影响.通过对比不同直径的水平管道在相同空气流量和物料...     

抄板结构对纤丝状生物质颗粒流动特性的影响

转筒烘干机具备燃料消耗低、处理量大、经济性高等特点,其内部工艺流程不仅与传热传质有关,还涉及复杂的气固两相流动过程,尤其是针对形状特殊的非球形颗粒难度较大.文中采用离散单元法,提出一种处理大量纤丝状生物质颗粒碰撞过程的数值建模新方法.建立了颗粒在转筒烘干机内气固流动的数理模型,对实际转筒烘干机内气固两相流动进行了实验与数值模拟,得出纤丝状颗粒的运动特性和停留时间分布规律.结果表明:无论抄板结构(包含抄板高度和数目)如何变化,纤丝状颗粒的停留时间分布均呈现出正态分布的趋势;颗粒的平均停留时间随抄板高度的增加而增加,随抄板数目的增加而增加,模拟结果与实验值的变化趋势一致.     

海底水力输矿管固液两相流的数值模拟

传统的固液两相流数值模拟方法是将固体颗粒(和液体)作为高密度的液体流处理,这只适用于固体颗粒非常细小的情况如粮食输送、泥沙输送等。对海底采矿的水力输送问题,由于固体颗粒相对于水粒子非常庞大,再作为传统的固液两相流处理不科学。本文对矿石颗粒采用离散元方法、对水粒子采用Fluent方法,并将两者耦合进行固、液耦合流在竖向弯管的流动特性研究,考察了不同入口流速下流体的运动规律和矿石颗粒的运动规律和分布规律。结果表明：由于矿石颗粒堆积在管道底部,导致管道内顶部的水流速度大,底部的水流速度小；随着水流速度的降低,矿石颗粒的堆积效果也更加明显；同时存在某一特定速度,使得其开采效率达到最大。     

疏浚工程爬坡管内单分散泥浆输送特性数值模拟

基于颗粒动力学理论的两相流欧拉双流体模型,建立可模拟不同爬坡高度(3. 6～5. 0 m)。不同输送速度(5. 0～6. 8 m/s)及不同泥浆浓度(20%～30%)的等温流动过程的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模型,得出疏浚工程中爬坡管内泥浆水力输送流动及阻力特性。研究表明:泥浆在爬坡管中进行输送时其局部阻力系数随着狄恩数减小及爬坡高度上升而增加,且与爬坡高度间成近似线性关系;输送时弯头处最大速度区域由内侧移至外侧,各截面内的颗粒体积分数在垂直和水平方向均表现出梯度;输送过程中存在二次流现象,且泥浆体积分数变化与二次流涡流规律一致,二次流强度随着流速、爬坡高度及泥浆浓度增加而变强。当浓度增大到一定程度时,重力因素超越二次流影响成为主导作用,使流动恢复为直管中充分发展态。     

叶顶间隙对高压比离心压气机性能的影响机理

为了研究高压比离心压气机叶顶间隙流动损失的产生机理,建立了18个不同叶顶间隙的压气机叶轮模型,采用数值方法对其进行流场求解计算,对比分析有叶顶间隙与无叶顶间隙下压气机叶轮流道内的流场特性,进行不同叶顶间隙下叶轮流动的对比研究.结果表明:在设计转速与流量下,等熵效率与压比随叶顶间隙比率的增加而近似线性减小;叶轮流道内产生的泄漏涡与主叶片前缘激波相互作用造成有叶顶间隙下的流动损失,高速流体与机匣壁面作用产生的壁面涡与主、辅叶片前缘的激波共同造成了无叶顶间隙下的流动损失;随着叶顶间隙的不断增加,泄漏涡与激波相互作用产生的影响力不断向下游移动,导致压气机性能的不断降低.     

基于CFD-DEM方法的不同弯径比弯管中气固两相流动特性

为了研究不同弯径比弯管对气固两相流动特性的影响,采用计算流体力学CFD和离散单元法DEM耦合,对聚乙烯颗粒在不同弯径比水平-弯管输送中的运动特性进行数值模拟及试验验证.基于Eulerian坐标体系的κ-ε紊流模型,采用RANS方程对管内气流流场进行求解,并针对颗粒在管中的运动规律采用EDEM中Eulerian坐标法进行分析,将该CFDDEM耦合并行模型应用于气固两相流动的数值模拟中,定性分析颗粒的运动轨迹,定量分析颗粒碰撞数,体积分数和气体速度分布.结果表明:该CFD-DEM耦合并行模型能较好地模拟气固两相流动行为,随着弯管弯径比的增大,弯管中颗粒受到的离心力作用时间增长,并且不容易发生分散,同时,弯管中颗粒的碰撞数量增加;在竖直管中,颗粒首先沿管壁外侧分布,然后向内侧移动,最后沿管中心对称分布;弯管中的气相速度呈现内侧高于外侧的情况.     

船舶内燃机工作过程中颗粒横向迁移的实验研究

为了研究船舶内燃机工作过程中颗粒浓度的再分布问题，本文对层流流动中单个颗粒横向迁移的动力学机理进行了实验研究。采用自行研制的“CCD颗粒轨迹记录装置”记录了层流圆管入口段中单个颗粒的运动轨迹。实验表明，当颗粒超前于当地流体速度时，向管壁迁移；落后于当地流作速度时，向管心迁移。实验结果与理论分析一致。     

减振器绕流流场的CFD分析

深水钻采作业过程中使用的各种立管，在海流作用下容易发生涡激振动，引起结构破坏。减振器作为抑制涡激的装置，在现场取得了较好的效果。针对不同尾角结构的减振器，通过流体动力学（CFD）方法，求解NS方程，得到减振器绕流流场的分布，以及横向力、曳力系数的变化规律，通过分析减振器涡激抑制的机理，提出尾角结构的最佳尺寸；针对各种不同方向的来流，计算了减振器的横向力、曳力系数，得到了来流方向对立管涡激振动的影响。结果表明，来流方向与减振器尾角对称轴线方向保持一定的角度时，减振器的效果更佳。     

LNG船液舱晃荡的数值模拟

随着海上液化天然气开采和卸载的发展，LNG船非充满舱的晃荡问题已成为一个重要的研究课题。基于流体体积（VOF）法描述晃荡流场的自由面，结合动网格技术，建立了适合不同几何形状的液舱晃荡数值模拟的计算方法。首先针对二维矩形舱和三维立方体舱及薄膜型舱进行了计算，并将相关的横向力、波高和压力曲线与试验结果作对比，吻合较好，验证了此法的可行性和有效性。然后，对三种不同类型的LNG液舱模型（球形舱、圆柱形舱和薄膜型舱）分别进行了系统的晃荡数值计算与分析，将三者的力、力矩、压力计算结果以及自由液面形状进行了比较分析。结果表明，三种液舱模型在晃荡过程中的结果和现象十分类似，通过对液舱在晃荡过程中的受力和舱室容积的综合衡量，作为一种LNG船的新型舱室，圆柱形舱室是很有发展前景的。     

块体形状对水流拖曳力的影响

在计算块体受到的水流拖曳力时,常借鉴针对球体所提出的公式,然而它并不能客观地反映出块体形状对拖曳力产生的影响。文中将块体形状概化为长方体,通过水槽试验测量了水流作用下不同尺度的大颗粒块体受到的水平拖曳力,研究了块体形状对水流拖曳力的影响,并提出了考虑块体形状影响的拖曳力计算公式。     

黏性土宏-细观参数关系的PFC2D模拟研究

选取合理的细观参数是开展PFC2D数值模拟的前提条件,因此开展黏性土宏观-细观参数关系研究具有重要意义。本文利用数值双轴试验模拟室内平面应力应变试验研究黏性土抗剪强度指标c和ψ与细观参数颗粒摩擦系数μ、颗粒切向接触强度τ_c 、颗粒接触强度比n_b/s_b等定性、定量关系。研究结果表明:采用数值双轴试验研究黏性土宏-细观参数关系是可行的;黏性土内摩擦角主要取决于颗粒摩擦系数,颗粒切向黏结强度和颗粒接触强度比是影响黏性土粘聚力的最主要因素。     

船舶废气固体颗粒在捕集器中的流动沉积特性

颗粒捕集器广泛应用于船舶尾气处理领域，经常出现内部堵塞共性难题。采用数值模拟方法对固体颗粒在微通道内的流动与沉积过程进行计算与分析，发现流动速度与颗粒尺寸对于固体颗粒在通道内的流动与沉积特性具有重要影响。研究结果表明：随着船舶废气流动速度的增加，颗粒沉积位置由入口区域逐渐向远离入口500 mm的区域聚集；流动速度较小时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐远离通道入口，而当流动速度较大时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐靠近通道入口。     

舰船相贯结构切口形式的力学分析

本文研究了舰船相贯结构切口区的力学性能，应用先进的有限元分析系统，采用分步计算方法，详细分析了位于舰船船体不同部位，不同切口形状、不同切口尺寸不同切口角隅形状、不同通焊孔形式等情况下的应力分布规律，计算了相应的和集中系数，提出了多种加强方案，获得了相应的加强效果。     

疏浚管路阻力损失计算方法的分析

管道输沙阻力损失计算是江河湖泊、港口航道疏浚工程中的一个基本问题,它是设计管道浆体输送系统的重要参数,直接关系到动力设备的选型和运行的能耗.文章重点以疏浚工程中泥沙的输送为研究对象,对管内两相流动的阻力特性及临界流速问题进行了初步研究,并实验研究了泥沙在不同的浓度和速度下的阻力特性,对3种模型的阻力损失计算模型进行了检验、分析和评价.结果表明Jufin＆Lopatin是一个比较好的计算模型.对于颗粒的不均匀性的影响,科学的方法能提高计算模型的计算精度.     

电梯系统曳引力的研究

根据GB7588—2003中第9．3条对电梯系统曳引能力的要求，必须在轿厢装载和紧急制动工况中提供足够的曳引力，即：T1／T2≤e^fα，在轿厢滞留工况中钢丝绳应能在曳引轮槽中打滑，即：T1／T2≤^fα。本文通过对电梯曳引力的分析，讨论了改善电梯系统曳引能力的措施，以及这些措施对电梯曳引系统的影响。     

颗粒体积分数对V型球阀特性的影响

为改善阀门的特性,提高管道的输送效率,采用数值模拟的方法分析V型球阀的特性在气固两相流情况下随颗粒体积分数的变化。结果表明：随着颗粒体积分数的增大,V型球阀的流量系数减小,流阻系数增大,管道和阀门内的压力增大;在不同阀门开度下,颗粒体积分数发生变化对流体速度的影响均不明显。     

间隙单元在独立舱式液货船强度计算中的应用

独立舱式液货船一般采用垂向支撑垫块连接独立舱和主船体结构。针对某型独立舱式液货船,采用通用的NASTRAN间隙单元来模拟各种装载工况下垂向垫块的支撑作用,并将计算结果与常规做法采用的杆单元模拟结果进行了比较,表明了在独立舱式液货船的直接计算中采用间隙单元模拟垂向支撑垫块的可行性和准确性,同时也能够提高计算效率。研究了间隙单元刚度对计算结果的影响,结论是垫块的刚度整体提高对支反力的影响较小,整体降低对支反力影响较大。     

叶顶间隙对船舶余热系统动力涡轮性能的影响

近些年来随着国家对节能减排的重视,越来越多的注意力集中于船舶余热利用系统。动力涡轮是余热利用系统的重要组成部分,其设计效果直接影响余热利用系统的转换效率,本文通过数值模拟的方法研究叶顶间隙对动力涡轮的性能影响。结果表明叶顶间隙的增加会导致径流式涡轮二次流动损失的增加,进而导致涡轮等熵效率下降。     

机翼翼端与固壁之间隙流动的数值模拟

本文通过求解不可压缩流体RANS方程,对机翼翼端与固壁间隙流动进行了数值模拟。计算采用Chiorin提出的人工可压缩性方法及Baldwin-Lomax零方程湍流模式。针对间隙流动的特殊性,引进了流场分块的思想以降低网络生成难度、提高网络质量。为了验证计算方法的精度,首先对三维叶栅与固壁之间隙流动进行了数值模拟,计算结果与试验比较吻合良好。在此基础上,对高雷诺数下机翼翼端与固壁间隙的流流动进行了数值模拟,着重是隙的变化对机翼总力的影响、翼端分离涡的形成和发展以及导边附近马蹄涡的出现和消失、间隙内二次流动的特征待方面进行了分析。     

螺旋列板绕流流场CFD分析

隔水管是海洋钻井作业的关键设备,其安全性至关重要.涡激振动是隔水管失效的重要因素.水深小于500m时,优化隔水管系统可以避免使用涡激抑制装置,超过1000m,必须采用涡激抑制装置.螺旋列板是现场常用的涡激抑制装置.基于流体动力学方法,利用FLUENT软件求解螺旋列板三维绕流流场的控制方程,同时计算了钝体隔水管三维绕流流场,流场参数(升力系数、曳力系数、涡量等)特征进行对比分析,显示出螺旋列板在涡激抑制方面的优势.计算结果表明,虽然螺旋列板能够减小横向升力,但同时会导致流向曳力明显增加.